Danas se u industriji ne koriste barometri sa živom, već sasvim moderni i pouzdani senzori. Njihov princip rada razlikuje se ovisno o karakteristikama dizajna. Svi imaju i prednosti i određene nedostatke. Zahvaljujući razvoju elektronike, moguće je realizovati senzore za merenje pritiska na poluprovodničkim elementima.
Šta su elektronski senzori?
Elektronski senzori pritiska za vodu ili bilo koju drugu tečnost su uređaji koji vam omogućavaju merenje parametara i njihovu obradu pomoću posebnih jedinica za upravljanje i prikaz. Senzor pritiska je uređaj čiji izlazni parametri direktno zavise od pritiska na mestu merenja (rezervoar, cevi itd.). Štaviše, mogu se koristiti za mjerenje bilo koje tvari u različitim agregatnim stanjima - tekućina, para, plinovita.
Potreba za takvimuređaja uzrokovana je činjenicom da je gotovo cijela industrija izgrađena na sistemima automatskog upravljanja. Osoba samo vrši konfiguraciju, kalibraciju, održavanje i puštanje u rad (zaustavljanje). Svaki sistem radi automatski. Ali takvi uređaji se takođe često koriste u medicini.
Funkcije dizajna elemenata
Bilo koji senzor se sastoji od osjetljivog elementa - uz njegovu pomoć se prenosi učinak na pretvarač. Također u dizajnu postoji sklop za obradu signala i kućište. Mogu se razlikovati sljedeće vrste senzora pritiska:
- Pijezoelektrični.
- otporni.
- Kapacitivni.
- Pijezo rezonantan.
- Magnetski (induktivni).
- Optoelectronic.
A sada pogledajmo svaki tip uređaja detaljnije.
Oporni elementi
Ovo su uređaji kod kojih senzorski element mijenja svoj otpor pod utjecajem opterećenja. Na osjetljivoj membrani ugrađen je mjerač naprezanja. Membrana se savija pod pritiskom, a mjerači naprezanja također se počinju pomicati. Istovremeno, njihov otpor se mijenja. Kao rezultat, dolazi do promjene jačine struje u krugu pretvarača.
Prilikom rastezanja elemenata merača naprezanja, dužina se povećava, a površina poprečnog preseka smanjuje. Rezultat je povećanje otpora. Obrnuti proces se opaža kada su elementi komprimirani. Naravno, otpor se mijenja za hiljaditi dio oma, tako da vam je potrebno da to uhvatitestaviti specijalna pojačala na poluprovodnike.
Pijezoelektrični senzori
Pijezoelektrični element je osnova dizajna uređaja. Kada dođe do deformacije, piezo element počinje generirati određeni signal. Element se ugrađuje u medijum čiji se pritisak meri. Tokom rada, struja u kolu će biti direktno proporcionalna promjeni pritiska.
Ovakvi uređaji imaju jednu osobinu - ne dozvoljavaju vam da pratite pritisak ako je konstantan. Stoga se koristi isključivo u slučaju kada se pritisak stalno mijenja. Pri konstantnoj vrijednosti izmjerene vrijednosti, generiranje električnog impulsa se neće izvršiti.
Pijezo rezonantni elementi
Ovi elementi rade malo drugačije. Kada se primeni napon, piezoelektrični element se deformiše. Što je veći napon, veća je i deformacija. Osnova uređaja je rezonatorska ploča od piezoelektričnog materijala. Ima elektrode sa obe strane. Čim se na njih dovede napon, materijal počinje da vibrira. U ovom slučaju, ploča je savijena u jednom ili drugom smjeru. Brzina vibracije zavisi od frekvencije struje koja se primenjuje na elektrode.
Ali ako sila izvana djeluje na ploču, tada će doći do promjene frekvencije oscilacije ploče. Elektronski senzor pritiska vazduha koji se koristi u automobilima radi na ovom principu. Omogućava vam da procenite apsolutni pritisak vazduha koji se dovodi u sistem goriva vozila.
Kapacitivni uređaji
Ovi uređaji su najpopularniji,pošto su jednostavnog dizajna, rade stabilno i nepretenciozni su u održavanju. Dizajn se sastoji od dvije elektrode koje se nalaze na određenoj udaljenosti jedna od druge. Ispada neka vrsta kondenzatora. Jedna od njegovih ploča je membrana, na nju djeluje pritisak (mjereni). Kao rezultat toga, razmak između ploča se mijenja (proporcionalno pritisku). Iz vašeg školskog kursa fizike znate da kapacitet kondenzatora zavisi od površine ploča i udaljenosti između njih.
Prilikom rada u senzoru pritiska mijenja se samo razmak između ploča - to je sasvim dovoljno za mjerenje parametara. Elektronski senzori pritiska ulja izrađeni su upravo prema ovoj shemi. Prednosti ove vrste struktura su očigledne - mogu raditi u bilo kojem okruženju, čak i agresivnom. Na njih ne utiču velike temperaturne razlike, elektromagnetni talasi.
Induktivni senzori
Princip rada je daleko sličan kapacitivnim onim o kojima smo gore govorili. Vodljiva membrana osjetljiva na pritisak postavljena je na određenoj udaljenosti od magnetskog kola u obliku slova Š (oko nje je namotana induktorica).
Kada se napon dovede na zavojnicu, stvara se magnetni fluks. Prolazi i duž jezgre i kroz otvor, provodnu membranu. Protok se zatvara, a pošto jaz ima propusnost oko 1000 puta manju od propusnosti jezgra, čak i mala promjena u njemu dovodi do proporcionalnih fluktuacija u vrijednostima induktivnosti.
Optoelektronskisenzori
Jednostavno detektuju pritisak, imaju visoku rezoluciju. Imaju visoku osjetljivost i termičku stabilnost. Oni rade na osnovu svjetlosne interferencije, koristeći Fabry-Perot interferometar za mjerenje malih pomaka. Takvi elektronski senzori pritiska su izuzetno rijetki, ali su prilično obećavajući.
Glavne komponente uređaja:
- Kristal optičkog pretvarača.
- Aperture.
- LED.
- Detektor (sastoji se od tri fotodiode).
Faby-Perot optički filteri, koji imaju malu razliku u debljini, pričvršćeni su na dvije fotodiode. Filteri su silikonska ogledala sa reflektirajućom prednjom površinom. Prekriveni su slojem silicijum oksida, a na površinu se nanosi tanak sloj aluminijuma. Optički pretvarač je vrlo sličan kapacitivnom senzoru pritiska.
